燃氣蒸汽並效渦輪引擎的製作方法
2023-05-20 10:02:36 1
專利名稱：燃氣蒸汽並效渦輪引擎的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種燃氣輪機與蒸汽輪機結合為一體的原動機，屬於聯合動力裝置。
眾所周知，當今各種燃氣渦輪引擎是以燃料(高揮發性油品等)為動力來源，其特點是在空氣燃燒室內與燃油混合、燃燒、膨脹的氣體以高的速度噴出機外，形成推力；一部分膨脹氣體則驅動渦輪旋轉並傳動壓縮器，壓縮器的作用是增加進入發動機內空氣的壓力及溫度，以有利於燃燒過程，但是所產生的高溫卻沒有被利用，且仍需對壓縮空氣進行冷卻，以防止因高溫而使機組發生損壞(熔化)。而蒸汽輪機的四個基本過程，由鍋爐、輪機、凝結器等各種組件來承擔，蒸汽輪機的作業流體為「水」，以熱源將輪機中作為作業流體的「水」轉化成三態中的氣態，因而必須採用外燒方式。因此，就機械動力來說，當今我們所使用的原動機，不論是燃氣或蒸汽的活塞引擎，或燃氣或蒸汽的渦輪引擎，均有大量的餘熱被棄失，且機具構造複雜，使成本提高，維修麻煩。
本實用新型的目的在於提供一種燃氣蒸汽並效渦輪引擎，使其能有效地利用燃氣、蒸汽被棄失的熱能，在不影響燃氣渦輪引擎原有功能的情況下，不再使用其他額外燃料，而能推動燃氣蒸汽並效渦輪引擎，形成燃氣輪機與蒸汽輪機相結合輸出動力的原動機，並降低原有燃氣渦輪引擎所產生的廢氣公害，減少汙染。
本實用新型的目的是這樣實現的在一種燃氣蒸汽並效渦輪引擎中，在燃氣輪機的機體內，裝置一容量尺寸與燃氣輪機相配的蒸汽輪機，使其為共同輸出功率的原動機。蒸汽輪機是裝置在把燃燒室略微提高後，在其內部邊緣到中心軸邊的空間裡。還必須具有能差速同向運轉連接輸出的結構體，以及各式熱交換組件系統。該管路的熱交換系統必須包含有一純水櫃及冷凝脫氣櫃，至少有一過熱區溫控儀和冷凝溫控儀及三個釋壓閥。在出水泵後有一歧管並安裝其中兩個閥與純水櫃連接。主水管最後分成前後兩路前進至過熱區，最後混合併形成過熱蒸汽而轉動汽輪機。
由於採用上述技術方案，在燃氣輪機內部的核心部位騰出部分空間，用以裝置一蒸汽輪機，並且還裝有必要的連接體系和減速裝置以及附屬的管路交換系統。通過燃氣輪機運轉時，在燃氣噴嘴與冷氣噴嘴釋放出大量熱能，進而推動熱循環交換系統，並由此推動中間的蒸汽輪機，產生能量輸出。因而在驅動燃氣輪機的同時、也間接帶動蒸汽輪機，在不額外增加燃料消耗，不影響原燃氣輪機的功能之下得到一額外的能量輸出，使能量充分利用。
本實用新型以燃氣輪機為主體，在其核心裝入一蒸汽輪機，以純水作為蒸汽輪機的作業流體，利用燃氣渦輪引擎中燃燒室、燃氣噴嘴作功時所散發的熱量，使純水加溫沸騰蒸發為蒸汽，導入蒸汽輪機中來推動蒸汽輪機。利用使用過後的蒸汽的廢氣，再導往吸氣散熱導片，冷凝為液態，使燃氣渦輪引擎所產生的餘熱得到完全利用，在相同成本下得到更佳的熱機效率，而且降低了原有燃氣渦輪引擎所產生的廢氣公害，降低汙染，有利於環保。
本實用新型具有必要的連接體系和減速裝置，可以使兩機精確地結合在一起，在其速度各異的情況下，以其差速達到同向運轉輸出。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1是本實用新型裝置的外觀及主要系統線路圖圖2是本實用新型裝置的熱態交換分布圖圖3是本實用新型裝置的剖視圖圖4是圖3中壓縮空氣出口導管34至熱氣導氣片63之間的結構的俯視圖圖5是吸氣散熱導片結構圖圖6是水系循環圖圖7是蒸汽輪機的連接圖圖8是熱氣導片座正視圖圖9是熱氣導片座、燃燒室及支架的俯視圖
圖10a是導氣片中空通蒸汽模組化示意圖(具有模組下蓋)
圖10b是導氣片中空通蒸汽模組化示意圖(具有模組上蓋的通氣室)
圖11是排氣箱管與蒸汽輪機連接的細部立體圖
圖12是蒸汽輪機的立體圖現將本實用新型實施例中各附圖標記說明如下在
圖1所示的本實用新型的外觀及主要系統線路圖中，11為冷凝溫度儀，12為發動機及齒輪箱，13為電池，14為冷凝脫氣櫃，15為設在機體下方的壓力泵組，16為機油冷卻器，17為儀錶板，控制板，18為汽水分離回水閥，19為機油箱，20為水管，蒸汽管，熱交換管，23為燃料管及濾器，24為保溫材料，25為純水櫃，26為溫度及油門壓力比例閥，33為脫氣出氣口，84為蒸汽排汽管道，89為蒸汽溫度儀，壓力儀，90為溫度，蒸汽壓力，水壓等迴路自動控制單元。
在圖3所示的本實用新型裝置剖視圖中，0為主軸，01為徑向軸承，02為止推軸承，03為鎖緊螺栓組合，04為齒栓槽及鍵，05為主軸傳動齒輪，06為附件軸及傳動齒輪，07為離合器及變速箱，08為啟動馬達，09為吸氣散熱導片，蒸汽冷凝器，也是支架，10為機殼外罩，21為動翼，22為定翼，28為壓縮段的後支架，管路孔道，31為壓縮器的動翼輪盤組合，套固在主軸上，34為壓縮空氣出口導管，是由蒸汽輪機外殼支架形成的，40為燃燒室，41為燃燒室外罩，42為多孔霧化的噴油嘴，43為火焰保持塊，44為高壓電氣點火焊，45為燃燒室支架，60為熱氣渦輪外罩，61為熱氣渦輪動翼輪盤組合，套固在主軸上，63為蒸汽渦輪段的熱氣導氣片，80為蒸汽輪機的套軸，81為蒸汽輪機的外殼，82為蒸汽噴嘴，83為蒸汽輪機外殼固定栓，與熱氣導氣片63固定，85為減速器內主軸上的齒輪，86為減速器內的中間旋臂齒輪，固定在蒸汽輪機的套軸上，87為內接齒輪。
在圖4所示的壓縮空氣出口導管34至燃氣導氣片63之間的結構圖中，27表示空氣流線，35為燃燒段的蒸汽輪機外殼支架及蒸汽排出孔，46為熱氣渦輪段的供蒸汽輪機裝卸孔區及高壓散熱氣流孔道。
在圖5所示的吸氣散熱導片結構圖中，8401為排氣箱管，8402為排氣管固定耳座，0904為冷凝熱交換鰭片(鉛)，0905為接頭。
在圖6所示的水系循環圖中，2001為高壓水泵(壓力為150kg/cm2)，2002為止回閥，2003為10口歧路的分水盤，2004為分水歧管，共有等長、等徑的10支，2005為低壓熱交換鰭，2006為中壓熱交換鰭，2007為高壓過熱泵，2008為低壓水汽釋放閥，通到水泵的進水口處，位於進入導氣片的外面，2009為冷凝溫度控制閥，2010為至油門的控制閥。
在圖7所示的蒸汽輪機的連接圖中，2011為過熱水管，4501為燃燒筒固定支架，4502為支架鎖環，6301為固定六角螺栓，6303為固定螺，6305為導氣片與蒸汽輪機的連接鎖環，6306為連接鎖環6305的鎖螺，6307為蒸汽管的固定簧片，8201為噴嘴的通氣螺栓(不鏽鋼)，8701為螺孔。
在圖8所示的熱氣導片座圖中，6302為固定翼，6304為導氣片模組的固定框。
在圖9所示的熱氣導片座、燃燒室及支架圖中，4001為側燃引孔，45為燃燒室支架，6315為燃燒筒接觸口緣線，4101為燃燒筒外罩。
在
圖10a和
圖10b所示的導氣片中空模組化圖中，6310為導氣片模組上蓋的通氣室，6316為導氣片模組下蓋，6317為模組鎖板。
在
圖11所示的排氣箱管與蒸汽輪機連接圖中，8403為橡膠阻氣套。
下面將本實用新型主要結構及主要工作過程說明如下
圖1所示的本實用新型的外觀，與一般的燃氣輪機外觀大致相同，僅另外增加些水管、水櫃及覆蓋著保溫材料的外罩。在燃氣輪機裡加裝一容量尺寸與其相配的蒸汽輪機，蒸汽輪機的立體圖如
圖10所示。蒸汽輪機的位置是在把燃燒室略微提高後，在其內部邊緣到中心軸邊的空間裡(請參閱圖3所示)，形成共同輸出功率的原動機。蒸汽輪機的機頭必須通過減速器內若干個對角的中間旋臂齒輪86，使其嵌合在蒸汽輪機的套軸80頭部，並與減速器內主軸上的一齒輪85相嚙合，最後與固定在蒸汽輪機外殼內的一內接齒輪87內相互旋轉，以互動差值的速比與主軸0同向、同時運轉。
如圖3、7、8、9、10所示，在蒸汽輪機頭部機殼內有一中間中空輻射環狀的燃燒簡固定支架4501外部引導高壓氣流進入燃燒室40，中間則引出蒸汽排汽到機前冷凝，該支架4501與燃燒筒外罩4101固定，尾部與熱氣導氣片63連接，形成可脹縮的結構體。
本實用新型燃氣蒸汽並效渦輪引擎具有各式熱交換組件系統。其管路熱交換系統必須包含有一純水櫃25及冷凝脫氣櫃14，至少有一過熱區溫控儀和冷凝溫控儀11及三個釋壓閥。在出水泵後有一歧管，並安裝其中兩個閥與純水櫃25連接。主水管最後分成前後二路前進至過熱區，最後混合併形成過熱蒸汽而轉動汽輪機(請參閱
圖1所示)。在該管路熱交換系統中，熱交換的進氣口導片為冷凝區，進氣口導片是中空外部曲折多面的散熱鰭片。由前路進入過熱區的熱交換管，是各別繞行在燃燒室的外部高熱區進行熱交換。由後路進行的中段加溫區，是以進行熱氣渦輪定翼的翼片冷卻交換方式加溫，以在定翼中空植入小蒸汽管回流的串、並聯而成。前、後混合的蒸汽最後必須穿過有中空的熱氣導氣片63，以小蒸汽管先串聯後並聯而形成過熱蒸汽再分區供給若干個蒸汽噴嘴82使用，並也為熱氣導氣片63冷卻。
本實用新型的水系循環過程如下請參閱圖6所示，液態的純水由冷凝脫氣櫃14出發，經過高壓水泵2001加壓後注入本實用新型熱循環交換系統，分別注入10口歧路的分水盤2003及經過止回閥2002後注入低壓熱交換鰭2005，再繞向高壓過熱泵2007，最後導向低溫水汽釋放閥2008；而原先經10口歧路分水盤2003的另一路經分水歧管2004注入位於後方燃氣噴嘴中的低壓熱交換鰭2005，再導向中壓熱交換鰭2006再次加熱升溫，最後也導向低溫水汽釋放閥2008；此時將尚未轉化沸騰成為蒸汽的純水，引回引擎下方的純水系統，經過止回閥2002再注入高壓水泵2001，再次引導進行沸騰；而存在低溫水汽釋放閥2008的蒸汽則導向熱氣導氣片63。
此時請參閱圖7所示，在經過熱氣導氣片63的再次加溫將蒸汽容積膨脹到最大後，經由過熱水管2011注入蒸汽輪機中，推動蒸汽輪機中的扇葉，再從蒸汽排汽管道84將餘汽排出。
再請參閱圖5、11所示，從蒸汽排汽管道84的排汽管固定耳座8402將使用過後的蒸汽經過排汽箱管8401導往置放於引擎前方的吸氣散熱導片09，經過冷凝熱交換鰭片0904的循環散熱後，經由汽水分離回水閥18調節控制，只允許已將蒸汽冷凝後轉為液態的純水通過，最後導回冷凝脫氣櫃14，完成整體水系循環。
本實用新型採用四大結構的結合法，可快速卸合。蒸汽輪機頭端先用螺孔鎖片把軸與殼內外鎖定然後再整體裝卸，而中心軸承等潤滑方法，是採用部分中心軸內外由對稱導管作輸油潤滑並局部冷卻。空氣壓縮器與熱氣渦輪的動翼輪盤31、61支座結構，是在機體上採用各級分件整件一體成型方法，加工平衡後，可快速套裝組合成所設計的方式。至於蒸汽輪機外殼是在壓縮空氣出口導管34的上方固定，另與熱氣導氣片63相連接而定位，並形成容許脹縮的結構體。熱氣導氣片63因受高熱，因而以鈦鋼材中間成孔或植入小蒸汽管，先串聯再並聯，後分區供給多個蒸汽噴嘴82使用，並也作為熱氣導氣片63的冷卻方法。
在熱氣渦輪的定翼第一級、第二級裡，均可以此方法使水汽進入回流而冷卻，而動翼則以高壓空氣流入後順氣流而出予以冷卻，最後與排氣餘熱一併由尾部熱交換管回收。
本實用新型運轉的程序、控制模式(請參閱
圖1所示)是在起動後，先由冷凝脫氣櫃14在一定水位供水。若水位不足則由純水櫃25補充水量後再由歧管釋壓閥調控水量。釋壓閥在回熱區裡溫度在0℃～180℃以內會全部釋出不進入噴嘴，180℃以上漸漸閉合至全量供汽，在純水櫃釋壓兩個歧管上，前者由冷凝溫度儀11冷凝設定供水，後者由油門深淺比例釋壓供水，如果超過各種設定的負荷值時，則由緊急空氣冷卻切換控制單位作減速或停車準備。一切就緒後，當水路由前、後分二路各自進入熱交換單元，最後進入過熱區，而直接進入蒸汽輪機噴嘴作功運轉，因是整機同時運轉，故不易出現汽錘現象。最後排汽由中區支架(參閱圖4)蒸汽排汽管道84、蒸汽排出孔35排至機前吸氣導片(參閱
圖1)作冷凝交換成一循環。以上是整機運轉汽與水的控制模式。
本實施例設計為10個燃燒區，冷凝區及歧管，10口蒸汽噴嘴，10組熱交換管，以達到平均迅速的熱交換方式，而由前路的汽水管的流通量是後路的三分之一流通量，以達到前部壓縮器的中間冷卻和後部的餘熱盡數回收效果，把熱完全圍堵在作功的場合內，減少散熱之下而儘量作功，但由於增加蒸汽輪機，包括管路等，會增加重量，因而消耗功率，故採用低壓強力冷凝衝動及反動混合式的蒸汽輪機作為設計要點，因而控制在容許的蒸汽排放的最低壓及溫度，使蒸汽輪機及管壁等可減輕其厚度重量並增加系統的安全性。
本實用新型的熱態交換分布圖如圖2所示。
本實用新型各參數值比較請參見下表
本實用新型結構中高溫導氣翼片製造成中空通水汽的方法為以鈦合金等不鏽鋼材，以無縫管在其周圍與翼周圍略等長之下，擠壓成型。加熱擠壓成型後嵌入有成型的板孔上下兩面，並加以焊固後再次加工、拋平、鑽孔，最後與上下已衝壓成型的上下頭蓋套壓並鎖固。上下各只留一汽管接嘴，再放進各十分之一區的導氣片框內，以達到通汽效果。
蒸汽輪機頭部的旋臂齒系，因蒸汽輪機套軸頭部加大，故在其與機殼接緣運轉處嵌入減阻合金，給油潤滑，並以多道槽與阻帶共同防止漏蒸汽與機油，並在其中間槽以一通孔給予一正氣壓使油汽各自分離。
權利要求1．一種燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於在燃氣輪機的機體內裝置一容量尺寸與燃氣輪機相配的蒸汽輪機，使其為共同輸出功率的原動機；蒸汽輪機是裝置在把燃燒室略微提高後，在其內部邊緣到中心軸邊的空間裡；還必須具有能差速同向運轉連接輸出的結構體，以及各式熱交換組件系統；該管路的熱交換系統必須包含有一純水櫃(25)及冷凝脫氣櫃(14)，至少有一過熱區溫控儀和冷凝溫控儀(11)及三個釋壓閥，在出水泵後有一歧管並安裝其中兩個閥與純水櫃(25)連接，主水管最後分成前後二路前進至過熱區，最後混合併形成過熱蒸汽而轉動汽輪機。
2．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於在蒸汽輪機頭部機殼內有一中間中空輻射環狀的支架(4501)外部引導高壓氣流進入燃燒室(40)，中間則引出蒸汽排汽到機前冷凝，該支架(4501)與外罩(4101)固定，尾部與熱氣導氣片(63)連接形成可脹縮的結構體。
3．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於蒸汽輪機的機頭必須通過若干個對角的旋臂齒輪(86)，使其嵌合在蒸汽輪機的套軸(80)頭部、並與主軸(0)上的一齒輪(85)相嚙合，最後與在蒸汽輪機外殼內的一內接齒輪(87)內相互旋轉，以互動差值的速比與主軸(0)同向、同時運轉。
4．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於所述的管路熱交換系統，其熱交換的進氣口導片為冷凝區，進氣口導片是中空外部曲折多面的散熱鰭片。
5．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於所述的管路熱交換系統中，由前路進入過熱區的熱交換管，是各別繞行在燃燒室的外部高熱區進行熱交換。
6．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於所述的管路熱交換系統中，由後路進行的中段加溫區，是以進行熱氣渦輪定翼的翼片冷卻交換方式加溫，以在定翼中空植入小蒸汽管回流的串、並聯而成。
7．根據權利要求1所述的燃氣蒸汽並效渦輪引擎，其特徵在於所述的管路交換系統中，前、後混合的蒸汽最後必須穿過有中空的熱氣導氣片(63)，以小蒸汽管先串聯後並聯而形成過熱蒸汽再進入蒸汽噴嘴(82)。
專利摘要一種燃氣蒸汽並效渦輪引擎,是在燃氣輪機的機體內裝置一蒸汽輪機,配置必要的連接體系、減速裝置及附屬的管路交換系統,形成共同輸出功率的原動機。利用燃氣輪機運轉時釋放出大量熱能,通過熱循環交換系統,進而推動蒸汽輪機,使燃氣輪機所產生的餘熱得到充分利用,降低廢氣公害,有利環保。本實用新型所具有的減速裝置,可使二機精確地結合,在其速度各異的情況下,以其差速達到同向運轉輸出。
文檔編號F02C6/00GK2349361SQ9825000
公開日1999年11月17日 申請日期1998年12月11日 優先權日1998年12月11日
發明者陳伯祿 申請人:陳伯祿